安科瑞 陳聰

【摘要】：軌道交通智能照明控制系統可提高運行效率、節約能源、減少污染，文章介紹了該系統的概念、特點(diǎn)及在節能、安全、智能化方面的作用，闡述了其在車(chē)站、隧道、軌行區的應用，探討了該系統的關(guān)鍵技術(shù)，并分析了其發(fā)展趨勢和面臨的挑戰。

【關(guān)鍵字】：軌道交通；智能照明控制系統；感知技術(shù)；控制算法；無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

0引言

城市化加速，軌道交通系統在緩解擁堵、節能減排方面發(fā)揮重要作用。但其照明系統能耗占比較大，提高能效對降低運營(yíng)成本、實(shí)現可持續發(fā)展意義重大?；诖?，智能照明控制系統應運而生，通過(guò)靈活控制策略和感知技術(shù)，可根據實(shí)際需求動(dòng)態(tài)調光，大幅降低能源消耗，是解決這一問(wèn)題的有效途徑。

1軌道交通智能照明控制系統的重要性

軌道交通作為現代城市重要基礎設施，其運營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量事關(guān)城市競爭力和緩解交通壓力。照明系統不僅關(guān)乎運營(yíng)安全，也影響能耗和成本。傳統照明系統存在弊端，無(wú)法適應節能環(huán)保和智能化需求。智能照明控制系統通過(guò)技術(shù)和靈活策略，實(shí)現了智能化管理和精細調控，可根據實(shí)際需求動(dòng)態(tài)調光，大限度節能，同時(shí)提升照明質(zhì)量、運營(yíng)安全性和出行舒適度，是實(shí)現軌道交通可持續智能綠色發(fā)展的重要手段^[1]。

2軌道交通智能照明控制系統的應用現狀

2.1車(chē)站照明控制應用

（1）照明控制策略。車(chē)站照明控制是軌道交通智能照明控制系統的重要應用場(chǎng)景。照明控制策略通常根據車(chē)站客流量、時(shí)間段等因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整。在夜間或客流量較低的時(shí)段可適當降低照明亮度，減少能源消耗；在日間或客流量較大時(shí)，則提高照明水平，確保良好的視覺(jué)舒適度和安全性。一些照明控制系統還采用分區控制的策略，將車(chē)站區域劃分為不同的照明控制區域，根據各區域的實(shí)際情況單獨調節亮度，避免了提高或降低照明水平帶來(lái)的能源浪費。

（2）節能效果分析。車(chē)站照明控制應用顯著(zhù)提升了軌道交通系統的能源利用效率。采用智能照明控制系統后，不同車(chē)站的節能效果如表1所示。

以A市地鐵樞紐站為例，每年照明用電約700×10⁴kW·h，采用智能控制系統后節能率達35%，年節電量高達245×10⁴kW·h，節約成本122.5萬(wàn)元。節能效果不僅來(lái)自降低亮度，更多源于系統對照明設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控和高效管理。傳統照明控制方式由于缺乏狀態(tài)監測，部分設備長(cháng)期處于全亮狀態(tài)浪費能源。智能系統通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)實(shí)時(shí)監測發(fā)現異常，及時(shí)報警并遠程控制，消除了能源浪費，進(jìn)一步提升能效。該系統的應用不僅大幅節省運營(yíng)成本，還體現了軌道交通事業(yè)對可持續發(fā)展的承諾。

2.2隧道照明控制應用

（1）照明控制方法。隧道照明控制是智能照明控制系統在軌道交通領(lǐng)域的另一重要應用場(chǎng)景。由于隧道環(huán)境封閉、視線(xiàn)受限，照明質(zhì)量對行車(chē)安全和乘客舒適度至關(guān)重要。智能照明控制系統通常采用分段控制和自適應調光的方法，根據列車(chē)位置、行駛狀態(tài)以及隧道內外光照條件動(dòng)態(tài)調節照明亮度，實(shí)現精細化照明控制。當列車(chē)駛入隧道時(shí)，系統可提前適當距離打開(kāi)隧道照明，為車(chē)頭照明提供補充；當列車(chē)行駛至隧道內時(shí)，沿線(xiàn)區域的照明燈具亮度隨之提升，確保車(chē)廂兩側有足夠的照明；列車(chē)通過(guò)后，各區域照明則可逐步降低亮度，避免資源的無(wú)謂浪費^[2]。該控制方法不僅保證了隧道照明質(zhì)量，充分考慮駕駛和乘客視覺(jué)需求，還大限度節約了能源，顯著(zhù)提高了運營(yíng)效率。

（2）安全性和舒適性評估。隧道智能照明控制系統不僅提高了能源利用效率，還為乘客和駕駛員提供了更好的安全性和舒適性。根據多條隧道的實(shí)測數據，該系統不僅確保了安全和舒適度，還顯著(zhù)降低了能源消耗。傳統照明與智能照明控制系統安全性和舒適性評估結果如表2所示。

從表中可以看出，智能照明控制系統在保證足夠照度水平的前提下，將年平均能耗從280×104kW·h降至168×104kW·h，節省率高達40%。同時(shí)，由于靈活的分段控制策略，駕駛員和乘客的視覺(jué)舒適度評分也分別提高到4.5和4.3，遠高于傳統照明系統。這些數據充分證明，智能照明控制系統在隧道照明領(lǐng)域的性能。該系統既滿(mǎn)足了隧道行車(chē)安全和乘客舒適的照明需求，又大幅降低了能源消耗，是軌道交通綠色低碳發(fā)展的有力保證。

2.3軌行區照明控制應用

（1）區域劃分控制。軌行區照明控制是智能照明系統在軌道交通領(lǐng)域另一重要應用。軌行區是指鐵路線(xiàn)路兩側的區域，包括站臺、路基、橋隧等。傳統照明控制方式下，這些區域的照明通常一視同仁，無(wú)法根據不同區域的實(shí)際需求調節亮度，導致能源的低效利用。智能照明控制系統則采用區域劃分控制的策略，根據區域特點(diǎn)和重要性將軌行區劃分為不同的照明控制分區，實(shí)現分區獨立控制。通過(guò)精細化的分區控制，智能系統大限度滿(mǎn)足了不同區域的照明需求，既保證了運營(yíng)安全，又實(shí)現了能源的節約利用。

（2）智能化管理。智能照明控制系統在軌行區的應用不僅體現在靈活的分區控制策略上，還體現在系統智能化管理能力。通過(guò)部署無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )，系統可實(shí)時(shí)采集軌行區的各種狀態(tài)數據，如環(huán)境亮度、設備工作狀態(tài)、列車(chē)位置等，并將這些數據傳輸至控制^[3]?？刂苾鹊臎Q策算法可基于這些數據，自動(dòng)生成*優(yōu)的照明控制策略，并將控制指令下發(fā)至現場(chǎng)執行設備。

3軌道交通智能照明控制系統的關(guān)鍵技術(shù)

3.1感知技術(shù)

（1）車(chē)流量檢測技術(shù)。車(chē)流量檢測技術(shù)是智能照明控制系統獲取交通狀態(tài)信息的重要手段。該技術(shù)通過(guò)對路面車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監測和統計，輸出包括車(chē)流量、車(chē)速、車(chē)型等數據，為照明控制策略制訂提供關(guān)鍵依據。目前，常用的車(chē)流量檢測技術(shù)主要有視頻檢測技術(shù)和微波雷達檢測技術(shù)兩大類(lèi)。視頻檢測技術(shù)利用視頻圖像處理算法對道路監控畫(huà)面進(jìn)行分析，識別并跟蹤車(chē)輛運動(dòng)軌跡，獲取車(chē)流參數；微波雷達檢測技術(shù)通過(guò)對車(chē)輛反射的微波信號進(jìn)行分析，根據多普勒頻移原理計算車(chē)速，并結合其他特征提取車(chē)流量等數據。

（2）環(huán)境亮度檢測技術(shù)。環(huán)境亮度檢測技術(shù)是智能照明控制系統中另一項關(guān)鍵的感知技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)部署光傳感器網(wǎng)絡(luò )，實(shí)時(shí)監測軌道交通場(chǎng)景下的自然光照條件變化，為控制系統制訂合理的照明亮度調節策略提供依據。典型的環(huán)境亮度檢測方案是在隧道入口、出口、車(chē)站外部等區域布設光傳感器陣列，感知外界自然光線(xiàn)的強弱變化。同時(shí)，在隧道內部、站廳等封閉區域也需布設傳感器，監測該區域的實(shí)際亮度水平。

（3）其他感知技術(shù)。其他常用的感知技術(shù)及應用情況如表3所示。

通過(guò)多種感知技術(shù)的融合應用，系統可以感知列車(chē)運行狀態(tài)、人員分布、障礙物位置、設備運行狀態(tài)等多維度信息，為制訂精細化的照明控制策略奠定基礎，這些的感知技術(shù)是智能照明控制系統實(shí)現智能化管理的重要支撐。

3.2控制算法

（1）時(shí)間控制算法?；跁r(shí)間的控制算法根據歷史數據分析得出不同時(shí)間段的交通規律，預先將照明亮度設定為固定等級。例如，發(fā)現高峰時(shí)段車(chē)流量大，則高峰時(shí)段亮度等級較高。這種算法簡(jiǎn)單可靠、成本低，適用于非關(guān)鍵線(xiàn)路，缺點(diǎn)是響應性差、無(wú)法與實(shí)時(shí)交通匹配，以及存在能源浪費。盡管有缺陷，該算法依然是智能控制的基礎，在各線(xiàn)路中廣泛應用。

（2）需求控制算法?；谛枨蟮目刂扑惴ǜ鶕?shí)時(shí)采集的車(chē)流量、環(huán)境亮度等數據，動(dòng)態(tài)評估當前照明需求，并立即調整照明亮度以準確匹配。該算法綜合考慮能耗、舒適度等多種因素，通過(guò)算法量化和權衡，生成*優(yōu)控制方案。相比固定的時(shí)間控制策略，該算法具有更強適應性和靈活性，能充分滿(mǎn)足不同場(chǎng)景需求，提升了節能環(huán)保性能。

（3）預測控制算法。預測控制算法是智能照明控制中一種策略。該算法借助大數據分析和機器學(xué)習技術(shù)，建立交通流量預測模型，能夠預判未來(lái)一段時(shí)間內的交通變化趨勢。系統據此提前調整照明亮度，主動(dòng)應對需求變化，增強了系統的前瞻性和適應能力。相比被動(dòng)響應的需求控制，預測控制算法更有利于節省能源，是實(shí)現軌道交通綠色智能發(fā)展的重要手段。

3.3無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

（1）無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )是實(shí)現智能照明控制系統的重要技術(shù)支撐。該網(wǎng)絡(luò )由大量低功耗無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)組成，分布部署在軌道交通沿線(xiàn)的各個(gè)關(guān)鍵區域，負責采集車(chē)流量、環(huán)境亮度等現場(chǎng)信息，并將這些數據通過(guò)多跳自組織網(wǎng)絡(luò )傳輸至控制。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )具有靈活部署、自主組網(wǎng)和可擴展等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效降低布線(xiàn)成本，適應軌道交通環(huán)境的復雜性和長(cháng)程線(xiàn)性特征。目前，基于ZigBee、LoRa等技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )已在多個(gè)軌道線(xiàn)路成功應用于智能照明控制系統。

（2）遠程監控和控制。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)為智能照明控制系統提供了遠程監控和控制的能力?？刂瓶梢酝ㄟ^(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)監視沿線(xiàn)各區域的運行狀態(tài)，包括車(chē)流量、環(huán)境亮度、照明設備工作狀況等，并遠程向每個(gè)照明節點(diǎn)下發(fā)控制指令，對亮度等參數進(jìn)行調節。這種集中式的遠程控制模式，不僅提高了管理效率，還實(shí)現了彈性化調度，能夠根據實(shí)際情況隨時(shí)對控制策略進(jìn)行優(yōu)化和調整，充分發(fā)揮智能化系統的優(yōu)勢。同時(shí)，遠程監控功能也為后期維護保養帶來(lái)便利，可及時(shí)發(fā)現故障點(diǎn)，指導現場(chǎng)作業(yè)。

4軌道交通智能照明控制系統的發(fā)展趨勢與面臨的挑戰

軌道交通智能照明控制系統未來(lái)將朝著(zhù)更加智能化、綠色化、一體化的方向發(fā)展。

（1）智能化。系統算法水平將不斷提高，利用大數據分析、機器學(xué)習等技術(shù)系統能夠自主學(xué)習交通規律，持續優(yōu)化控制策略。

（2）綠色化。系統將進(jìn)一步降低能源消耗，實(shí)現可持續發(fā)展。

（3）一體化。系統將與其他軌道運營(yíng)系統深度融合，形成智能化綜合管理平臺，提升整體運營(yíng)效率。

盡管前景廣闊，但智能照明控制系統在發(fā)展過(guò)程中也面臨著(zhù)一些挑戰。

（1）由于影響數據質(zhì)量的因素復雜，很難獲取*準確的交通流量等預測數據，將直接影響控制策略的效果。

（2）系統的復雜度不斷提高，對算法的實(shí)時(shí)性、魯棒性等提出了更高要求。

（3）新技術(shù)的融合將帶來(lái)技術(shù)兼容性挑戰，需要制定統一的技術(shù)標準。

5安科瑞智能照明控制系統

5.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線(xiàn)技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩定。開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時(shí)預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿(mǎn)足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進(jìn)行數據交換。

5.2應用場(chǎng)所

適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明控制需求。

5.3系統結構

5.4系統功能

1）實(shí)時(shí)檢測并顯示各個(gè)模塊的在線(xiàn)狀態(tài)，反饋現場(chǎng)受控回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來(lái)瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線(xiàn)、網(wǎng)關(guān)設備掉線(xiàn)或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時(shí)會(huì )發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個(gè)照明回路實(shí)現開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現開(kāi)關(guān)控制。

4）開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長(cháng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個(gè)照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器會(huì )自動(dòng)切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調光控件，照明設備從0%到100%進(jìn)行調光，可以對單個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，調光總控可以對一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現調光控制，也可以對多個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，通過(guò)圖標的亮滅狀態(tài)反饋現場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

7）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開(kāi)或者關(guān)閉對應場(chǎng)景設置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過(guò)圖標的亮滅顯示對應的場(chǎng)景狀態(tài)是打開(kāi)還是關(guān)閉。

8）設置定時(shí)時(shí)間，確認時(shí)間點(diǎn)后，對該事件點(diǎn)執行的動(dòng)作進(jìn)行設置，設置燈在設定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統可以通過(guò)預設的當地經(jīng)緯度信息，自動(dòng)計算每天的日升日落時(shí)間；根據天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計劃均可下發(fā)保存至驅動(dòng)模塊；當上位機系統故障或模塊離線(xiàn)時(shí)，驅動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計劃的正常執行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統結構是分布式總線(xiàn)結構；系統內各元件不依賴(lài)于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過(guò)程序的設定實(shí)現功能的多樣性。

12）預留BA或三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

5.5設備選型

6結束語(yǔ)

智能照明控制系統在軌道交通領(lǐng)域大有可為。該系統可顯著(zhù)降低照明能耗、減少運營(yíng)成本、提高照明質(zhì)量和交通安全性，實(shí)現了智能化自動(dòng)化管理。未來(lái)，可持續發(fā)展理念和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將進(jìn)一步推動(dòng)其在軌道交通中廣泛應用，但投資成本和技術(shù)創(chuàng )新也是制約因素。因此，持續加大研發(fā)投入、加快技術(shù)進(jìn)步，是推動(dòng)其在該領(lǐng)域取得更大發(fā)展的關(guān)鍵。

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